คุณสังเกตเห็นปรากฏการณ์แปลกๆ หรือไม่: เราสามารถตรวจจับ-ฮาร์โมนิคลำดับคี่ เช่น ฮาร์โมนิกลำดับที่ 3, 5 และ 7 ในโครงข่ายไฟฟ้า แต่เราแทบไม่เคยเห็นเลยแม้แต่-ลำดับฮาร์โมนิคอย่างเช่นฮาร์โมนิกที่ 2, 4 และ 6 ทำไมเป็นเช่นนี้? แม้กระทั่ง-ลำดับฮาร์โมนิคก็ไม่สามารถตรวจจับได้ใช่หรือไม่
ฮาร์โมนิคของโครงข่ายไฟฟ้าคืออะไร?
เพื่อทำความเข้าใจว่าทำไม-ลำดับฮาร์โมนิคถึงหายาก เราต้องเข้าใจก่อนว่าจริงๆ แล้ว "ฮาร์โมนิค" คืออะไร กระแสสลับที่เราใช้นั้นเป็นคลื่นไซน์มาตรฐานที่มีความถี่คงที่ 50Hz ซึ่งเรียกว่า "คลื่นพื้นฐาน" เหมือนกับ "ทำนองหลัก" ในดนตรี
ในความเป็นจริง เครื่องใช้ไฟฟ้าจำนวนมากไม่ "เชื่อฟังคำสั่ง"- เช่น ไฟ LED ที่ชาร์จโทรศัพท์มือถือ อุปกรณ์จ่ายไฟแล็ปท็อป และเครื่องปรับอากาศ พวกมันเป็น "อุปกรณ์ที่ไม่ใช่-เชิงเส้น" และไม่ทำงานตามจังหวะของคลื่นพื้นฐาน แต่จะ "แทรกแซง" คลื่นพื้นฐาน "ดัด" คลื่นไซน์เรียบให้กลายเป็นรูปคลื่นที่แปลกประหลาด
รูปคลื่นที่บิดเบี้ยวเหล่านี้ เมื่อแยกย่อยโดยใช้วิธีทางคณิตศาสตร์ "การสลายตัวแบบฟูริเยร์" จะเผยให้เห็นว่าแท้จริงแล้วรูปคลื่นเหล่านี้ประกอบด้วยความถี่พื้นฐาน (50Hz) และชุดของ "ฮาร์มอนิก" ซึ่งมีความถี่เป็นจำนวนเต็มทวีคูณของความถี่พื้นฐาน ตัวอย่างเช่น ฮาร์มอนิกลำดับที่ 3 คือ 150Hz (50×3) ฮาร์มอนิกลำดับที่ 5 คือ 250Hz (50×5) และ-ฮาร์โมนิคลำดับคู่คือรูปคลื่นที่มีความถี่ที่ทวีคูณของความถี่พื้นฐาน เช่น 100Hz (2nd) และ 200Hz (4th)
เทคโนโลยีบริดจ์เรกติฟายเออร์แบบเต็ม-จะ "ขจัด" แม้กระทั่ง-ลำดับฮาร์โมนิค
ทำไมเราแทบไม่เคยเห็น-ลำดับฮาร์โมนิคเลยด้วยซ้ำ สิ่งสำคัญอยู่ที่ความจริงที่ว่าอุปกรณ์ไม่เชิงเส้นส่วนใหญ่ในตลาดปัจจุบันใช้เทคโนโลยีหลักที่เรียกว่า "การแก้ไขสะพานแบบเต็ม"-นี่คือ "การทำงานที่ซ่อนอยู่" ของเครื่องใช้ไฟฟ้ารอบตัวเรา และเป็นเหตุผลสำคัญว่าทำไม-ฮาร์โมนิคลำดับจึงหาได้ยาก
การแก้ไขสะพานแบบเต็ม-คืออะไร เราสามารถเข้าใจสิ่งนี้ได้ด้วยการเปรียบเทียบง่ายๆ: กระแสสลับในระบบส่งไฟฟ้าเปรียบเสมือนคลื่นที่มีขึ้นและลง โดยมีวงจรครึ่งบวก-ขึ้นไป และวงจรครึ่งลบ-ลดลง และทิศทางเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ในขณะที่การแก้ไขสะพานแบบเต็ม-นั้นเหมือนกับ "ตัวแปลงรูปคลื่น" ซึ่งสามารถ "แก้ไข" ทิศทางของกระแสได้ ไม่ว่ากระแสจะอยู่ในครึ่งวงจรบวกหรือลบ- และเปลี่ยนให้เป็นกระแสตรง (หรือกระแสตรงแบบเป็นจังหวะ) ในทิศทางเดียวกัน เช่นเดียวกับการทำให้คลื่นลูกคลื่นแบนราบเป็นกระแสน้ำในทิศทางเดียว
ไฟ LED ที่ชาร์จโทรศัพท์มือถือ แหล่งจ่ายไฟของคอมพิวเตอร์ และแม้แต่เครื่องปรับอากาศและเครื่องซักผ้าในบ้านของเรา เกือบทั้งหมดใช้เทคโนโลยีการแก้ไขสะพานแบบเต็มรูปแบบ ดังนั้นฮาร์โมนิคที่เกิดขึ้นจึงมี-ลำดับคี่ และแม้กระทั่ง-ฮาร์โมนิกลำดับนั้นมักจะมองเห็นได้ยาก
ลำดับฮาร์โมนิคคู่{0}}จะเกิดขึ้นเมื่อรูปคลื่นไม่สมมาตรเท่านั้น
แน่นอนว่า แม้กระทั่ง-ฮาร์โมนิคลำดับก็อาจจะไม่มีเลยทั้งหมด แต่หายากมากในระบบส่งกำลังสมัยใหม่ ลำดับฮาร์โมนิคคู่-จะปรากฏก็ต่อเมื่อรูปคลื่นในระบบโครงข่ายไฟฟ้าเป็น "ไม่สมมาตร" และมีสองสถานการณ์ทั่วไป:
- ประเภทแรกเกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ที่ใช้เทคโนโลยี "ครึ่ง-การแก้ไขคลื่น" ต่างจาก-การแก้ไขสะพานแบบเต็ม การแก้ไขครึ่ง-คลื่นจะใช้เพียงครึ่งวงจรบวก (หรือลบ)- ของกระแสสลับ โดยละทิ้งอีกครึ่งหนึ่งของรูปคลื่น ซึ่งส่งผลให้เกิดรูปคลื่นที่ไม่สมมาตร ซึ่งนำไปสู่-ลำดับฮาร์โมนิกที่สม่ำเสมอหลังจากการสลายตัวของฟูริเยร์ อย่างไรก็ตาม การแก้ไขคลื่นเพียงครึ่งเดียว-นั้นไม่มีประสิทธิภาพอย่างมาก ทำให้สิ้นเปลืองพลังงานไปจำนวนมาก ได้มีการยุติการใช้งานโดยสิ้นเชิงด้วยการแก้ไขสะพานทั้งหมด- และใช้ในอุปกรณ์ที่เก่ามากและเกือบล้าสมัยบางส่วนเท่านั้น (เช่น ที่ชาร์จเมื่อหลายสิบปีก่อน) ทำให้ยากต่อการตรวจจับในระบบส่งไฟฟ้า
ประเภทที่สองคือความล้มเหลวของอุปกรณ์ ตัวอย่างเช่น ไดโอดเรียงกระแสที่เสียหายในเครื่องใช้ไฟฟ้าสามารถป้องกันการแปลงตามปกติระหว่างครึ่งบวกและลบ- ส่งผลให้เกิดรูปคลื่นที่ไม่สมมาตรและสร้าง-ฮาร์โมนิกลำดับที่เท่ากัน อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเงื่อนไขข้อบกพร่อง เมื่อมันเกิดขึ้น อุปกรณ์มักจะทำงานผิดปกติหรือกระตุ้นกลไกการป้องกัน และไม่มีผลกระทบระยะยาว-ต่อโครงข่ายไฟฟ้า ทำให้ยากต่อการตรวจจับ
ฮาร์โมนิคสามารถทำให้เกิดการรบกวนอย่างรุนแรงและสร้างความเสียหายให้กับระบบไฟฟ้า และในกรณีที่รุนแรง อาจทำให้ระบบไฟฟ้าเป็นอัมพาตได้
เหตุใด-ลำดับฮาร์โมนิคจึง "หายาก"
กล่าวง่ายๆ ก็คือ-ฮาร์โมนิคลำดับคู่แทบจะมองไม่เห็นในระบบส่งกำลัง สาเหตุหลักมาจากการนำ "เทคโนโลยีการแก้ไขสะพานแบบเต็ม-" มาใช้อย่างแพร่หลาย: มันทำให้รูปคลื่นที่สร้างโดยเครื่องใช้ไฟฟ้ามีความสมมาตร และรูปคลื่นแบบสมมาตรไม่สามารถแยกย่อยเป็น-ฮาร์โมนิกลำดับคู่ได้ ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์ปกติจะไม่สร้าง-ฮาร์โมนิกลำดับคู่ นอกจากนี้ หม้อแปลงในระบบไฟฟ้าเองก็มีความสามารถบางอย่างในการระงับ-ลำดับฮาร์โมนิค
มีมิเตอร์ไฟฟ้าตัวไหนที่สามารถกำจัดฮาร์โมนิคได้?
พูดอย่างเคร่งครัด ไม่มีมิเตอร์ไฟฟ้าใดสามารถ "กำจัด" ฮาร์โมนิคได้ หน้าที่ของมิเตอร์ไฟฟ้าคือการ "มิเตอร์" ไม่ใช่ "จัดการ" แม้ว่ามิเตอร์ไฟฟ้าไม่สามารถกำจัดฮาร์โมนิคได้ แต่ก็มีอุปกรณ์ในระบบไฟฟ้าที่ออกแบบมาเพื่อ "กำจัด" ฮาร์โมนิคโดยเฉพาะ สิ่งเหล่านี้เรียกว่าตัวกรอง
การวิจัยล่าสุดระบุว่าการติดตั้งตัวกรองที่เหมาะสมที่ส่วนหน้าของมิเตอร์ไฟฟ้าสามารถลดผลกระทบของฮาร์โมนิกต่อความแม่นยำในการวัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ